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Verfahren zur Herstellung von unterirdischen Speicherräumen in Formationen
durch Auflösen des Gesteins Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung
von unterirdischen Speicherräumen für Gase oder Flüssigkeiten, insbesondere für
Petroleumprodukte, z. B. verflüssigtes Petroleumgas, durch Auflösen des Gesteins,
vorzugsweise in Steinsalzformationen, mittels Wasser.
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Es ist bekannt, daß unterirdische Speicherbehälter vorzugsweise ungefähr
kegelförmige Gestalt haben sollen, damit sie eine gute statische Festigkeit erhalten
und auch bei Überlastung einen Verlust an dem unter hohem Druck aufgespeicherten
Material verhindern.
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Eine konische Form ergibt die beste Gewähr gegen Einsturz der den
Speicherraum überlagernden Deckschichten. In gewissen Fällen können auch andere
Formen, z. B. eine Kugelform, bevorzugt werden.
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Ein Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Herstellung von geformten
Behältern in löslichen Gesteinsformationen zur Aufbewahrung von Flüssigkeiten oder
Gasen, bei der ein Bohrloch in eine lösliche Gesteinsformation gebohrt wird und
eine Verrohrung in das Loch bis hinein in die zu lösende Schicht eingebracht wird,
z. B. gewöhnlich etwa 3 m; es können aber auch 60 m oder darüber sein. Die Verrohrung
wird zementiert, und mindestens ein Auslaß-und ein Einlaßrohr, die vorzugsweise
konzentrisch sind, werden bis zu einer gewissen Tiefe unterhalb der Verrohrung in
das Bohrloch abgesenkt, und es wird eine nicht lösende Dichtungsflüssigkeit durch
den Raum zwischen der Verrohrung und den darin enthaltenen Rohren in das Bohrloch
gedrückt. Alsdann wird ein Lösungsmittel für das Gestein der Formation, das mit
der Dichtungsflüssigkeit nicht mischbar und schwerer als diese ist, durch das Einlaßrohr
eingepumpt und nach der Lösung des Gesteins der Formation durch das Auslaßrohr als
Lösung des die lösbare Formation bildenden Materials abgezogen oder herausgedrückt.
Das Lösen oder Auslaugen wird so lange fortgesetzt, bis ein Hohlraum von bestimmter
Größe hergestellt ist. Alsdann werden die Rohre in dem Bohrloch zur Lösung eines
weiteren Teils des Hohlraumes tiefer abgesenkt. Nun wird Dichtungsflüssigkeit in
den ersten Abschnitt des Hohlraumes gepumpt, vorzugsweise durch den Raum zwischen
den Rohren und der Verrohrung, bis die unmischbare Flüssigkeit das Lösungsmittel
oberhalb der tiefsten Stelle des kürzeren Einlaß- oder Auslaßrohres in dem Hohlraum
etwa vollständig verdrängt hat. Das Lösungsmittel wird in dem Auslaßrohr aufwärts
zurückgedrückt.
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Die Einführung des Lösungsmittels wird nun wieder aufgenommen, und
die Lösung eines zweiten Abschnittes des Hohlraumes beginnt. Dieser Abschnitt kann
im Querschnitt breiter gemacht werden als der erste, indem man das Lösen so lange
fortsetzt, bis ein
größerer Betrag an gelöstem Gestein an die Erdoberfläche gebracht
ist. In ähnlicher Weise kann dieser zweite Abschnitt des Hohlraumes auch kleiner
als der vorhergehende gemacht werden, indem man die Formation nur eine kürzere Zeit
lang löst, bevor dieDichtungsflüssigkeit eingeführt und das Lösungsmittel verdrängt
wird, um eine weitere Lösung der Wände und der Decke des Hohlraumes zu verhindern.
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Das gesättigte Lösungsmittel ist gewöhnlich spezifisch schwerer und
dichter als das ungesättigte, in den Hohlraum eingeführte Lösungsmittel und wird
das Bestreben haben, auf dem Boden des Hohlraumes zu bleiben und diesen gegen ein
weiteres Lösen zu schützen. Mit anderen Worten, es wird eine gewisse Neigung dazu
vorliegen, daß die Lösung in dem herzustellenden Hohlraum Schichten bildet und das
Lösen in erster Linie nach der Seite hin oder mindestens rascher in der waagerechten
Richtung als in der senkrechten Richtung vor sich geht, so daß es auf diese Weise
möglich ist, Hohlräume von großer seitlicher Erstreckung zu bilden. Diese Wirkung
wird erheblich größer sein, wenn die Auslaßleitung sich bis zu einer tieferen Ebene
erstreckt als die Einlaßleitung für das Lösemittel.
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Es ist von Bedeutung, die offenen Enden des Einlaß- und Auslaßrohres
so zueinander anzuordnen, daß dadurch die Form des gebildetenHohlraumes geregelt
wird, da eine tiefere Auslaßleitung Hohlräume mit größeren waagerechten Abmessungen
bildet und eine tiefere Einlaßleitung Hohlräume mit größeren senkrechten Abmessungen.
Die offenen Enden des Einlaß-und
Auslaßrohres werden vorzugsweise
mindestens 3 m auseinander gehalten.
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Zwar können Behälter oder Hohlräume auch in Formationen, wie Dolomit
oder Kalkstein, durch Lösen von Gestein gebildet werden, indem man eine saure wässerige
Lösung gemäß dem Verfahren der Erfindung verwendet; es sollen jedoch vorzugsweise
in dieser Weise unterirdische Behälter in Steinsalzformationen oder Salzdomen gebildet
werden, in denen das angewendete Lösungsmittel frisches Wasser oder ein verdünntes
Salzwasser und die Dichtungsflüssigkeit ein Öl ist.
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Es ist bereits bekannt, bei der Herstellung von unterirdischen Speicherräumen
in Formationen aus lösbarem Gestein das Bohrloch mit einzementierter Verrohrung
zu versehen, außerdem ist bereits die Verwendung einer das Gestein nicht lösenden
Flüssigkeit bekannt. Diese wird aber dazu verwendet, das Lösungsmittel radial nach
außen zu drücken, nicht um die Abmessungen des Hohlraum es aufrecht zu erhalten,
soweit er bereits ausgelaugt ist. Im Gegensatz hierzu wird gemäß der Erfindung ein
das Gestein nicht lösendes Mittel in den schon gebildeten Hohlraum gefüllt, um diesen
bei der folgenden Lösung des löslichen Gesteins abzudichten.
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Die Zeichnung zeigt beispielsweise eine Ausführungsform der Erfindung,
und zwar ist Fig. 1 ein Bohrloch mit abgedichteter Verrohrung, Einlaß- und Auslaßleitung
und die zugehörige Einrichtung zum Bilden der Speicherräume, und Fig. 2 ist ein
Querschnitt durch einen teilweise fertigen Speicherraum, wobei der noch fehlende
Teil des Behälters in gestrichelten Linien angedeutet ist.
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Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführung ist ein Bohrloch 10 mit
einer üblichen Drehbohreinrichtung, die nicht dargestellt ist, durch das Deckgebirge
11 hindurch, das z. B. 265 m mächtig ist, und weiter in einer Salzformation 12,
die z. B. eine Mächtigkeit von ungefähr 640m aufweist, abgebohrt. In der Salzformation
sind dabei z. B. 550m abgebohrt. Es wird nunmehr ein Verrohrungsstrang 13 bis zu
einer solchen Tiefe in das Bohrloch eingeführt, daß es in die Salzformation 12 hineinreicht.
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Die Verrohrung wird in bekannter Weise im Bohrloch einzementiert.
Im verrohrten Bohrloch werden zwei konzentrische Rohrstränge 14 und 15 abgesenkt.
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Die äußere Rohrleitung 14 wird bis unterhalb des Verrohrungs fuß es
17 gesenkt und der innere Rohrstrang bis etwa 60 m unter das untere Ende der äußeren
Rohrleitung 14. Der Tiefenunterschied von 60 m ist gewählt worden, um den ersten,
obersten Teil 19 eines konischen Hohlraumes zu bilden. Es ist eine viermalige Wiederholung
des Weiterabsenkens der Rohre und des Lösens von Gestein erforderlich, um den ganzen
Hohlraum zu bilden, wie er in Fig. 2 gezeigt ist. Eine Abdichtung des bereits gebildeten
Hohlraumteils gegen den weiteren Lösungsmittelangriff erfolgt durch Einführen eines
Öls oder einer sonstigen, mit Wasser nicht mischbaren Flüssigkeit, die ein geringeres
spezifisches Gewicht hat als Wasser, durch den Ringraum 18 zwischen dem äußeren
Rohrstrang und der Verrohrung 13. Die Flüssigkeit wird durch den Ringraum 18 niedergepumpt,
fließt am Fuße der Verrohrung aus und steigt dann in dem ringförmigen Raum zwischen
der Verrohrung 13 und dem Bohrloch 10 hoch, soweit er nicht mitZement gefüllt 5st.
Das in den Hohlraum gepumpte Öl oder die mit Wasser nicht mischbare Flüssigkeit
verdrängt etwaiges Wasser, das in dem Loch oberhalb des Fußes des äußeren Rohrstranges
14 steht. Das Öl verhindert jedes weitere
Lösen von Salz oberhalb der Grundfläche
des Öls oder der sonstigen, mit Wasser nicht mischbaren Flüssigkeit.
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Die Wichtigkeit des Abdichtens der Decke des Hohlraumes wurde schlagend
durch ein Beispiel bewiesen, bei dem beim Auslaugen eines Hohlraumes mit einer ungesättigten
Lauge keine Dichtungsflüssigkeit verwendet wurde. Das Lösen von Salz rund um die
Verrohrung schaffte einen Hohlraum mit einem Volumen von mehr als 1514m3. Die Kohlenwasserstoffe,
die diesen Hohlraum ausfüllten, als der Speicher in Benutzung genommen wurde, konnten
nur durch Durchbohren der Verrohrung wiedergewonnen werden, und zusätzlich ließ
dieses ungeregelte Auslaugen einen großen Teil der in den Hohlraum sich erstreckenden
Verrohrung ungestützt.
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Bei der Herstellung eines Speicherraumes nach der Erfindung wurden
täglich ungefähr 795 m3 frisches oder etwas salziges Wasser durch den äußeren Rohrstrang
14 in das Loch gepumpt und, abgesehen von den Mengen an Lösung, die zurückblieben,
um das aufgelöste Salz zu verdrängen, nach der Erdoberfläche zur sonstigen Verwendung
oder zum Verkauf abgezogen. Bei dieser Auslaugegeschwindigkeit mit frischem Wasser
kann theoretisch ein 7950 m3 großer Hohlraum in etwa 60 Tagen hergestellt werden.
Unter Einrechnung von Unterbrechungen und Störungen in der Lösungsgeschwindigkeit
könnte ein 7950 m3 großer Behälter in 150 Tagen hergestellt werden.
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Wenn der oberste Teil 19 des Hohlraumes etwa vollständig gebildet
ist, wie in Fig. 1 zu sehen, werden die Rohrstränge 14 und 15 in das Bohrloch 10
tiefer eingesenkt, und es wird Öl durch den äußeren Ringraum 18 eingepumpt, bis
die Lauge, die den Hohlraum 19 ausgefüllt hatte, aufwärts durch den Rohrstrang 15
hindurch verdrängt ist. Es wird dann durch das Öl eine Dichtung gebildet, und das
Auslaugen geht unterhalb der Dichtung in der gleichen Weise vor sich, wie dies beim
Auslaugen des Hohlraumes 19 der Fall war. Dieses Verfahren wird wiederholt, bis
vier Abschnitte gebildet sind, wie in Fig. 2 gezeigt.
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Es kann natürlich jede beliebige Anzahl von Ab schnitten ausgehöhlt
werden, um dem Hohlraum die gewünschte Größe und Form zu geben.
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Fig. 2 ist ein Aufriß des ganzen Hohlraumes und zeigt die nacheinander
gebildeten Abschnitte 19, 19 a, 19 b und 19 c. Der Abschnitt 19 c ist noch unvollständig,
da die Lösung des Gesteins nicht vollständig vollendet ist. Während der Zeit, in
der der Abschnitt 19c gebildet wird, erstreckt sich dieÖldichtung durch die Abschnitte
19, 19 a und 19 b hindurch, und das Öl füllt diese an und verhindert ein weiteres
Lösen in diesen Abschnitten durch das Wasser. Durch das Absetzen von dichter gesättigter
Lauge am Boden des Hohlraumes wird eine Schutzschicht 21 erzeugt, die ein weiteres
Auslaugen nach unten hin verhindert. Der äußere Rohrstrang 14 dient als Einlaßrohr
für das Lösemittel und der konzentrische innere Rohrstrang 15 für das Zurückfließen
der Lauge nach der Erdoberfläche. Wenn das Auslaugen in dem Abschnitt 19 c fortgesetzt
wird, bis der Hohlraum so weit vergrößert ist daß er etwa die durch gestrichelte
Linien 22 und 23 angedeuteten Abmessungen einnimmt, wird durch die Pumpe 24 über
den Ringraum zwischen der Verrohrung 13 und dem Rohrstrang 14 zusätzlich Öl niedergepumpt,
bis die Lauge in dem Abschnitt 19 c etwa vollständig aus dem Hohlraum verdrängt
ist.
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Die aus dem Hohlraum 19c abgezogene Lauge wird durch die Pumpe 25
in den Sumpf 26 abgezogen und kann in der üblichen Weise verwendet werden.
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Der Umlauf der Lauge kann auch umgekehrt werden, man kann also verdünnte
Lösungsmittel durch den inneren Strang 15 einführen und gesättigte Lösung durch
den Ringraum zwischen den Rohrsträngen 14 und 15 abziehen.
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Wenn das Auslaugeverfahren beendet ist, können die Rohrstränge 14
und 15 herausgezogen und eine neue zum Fördern der Speicherflüssigkeit dienende
Rohrleitung, die nicht dargestellt ist, von z. B. 14 cm äußerem Durchmesser eingesetzt
und angehängt oder am Boden des Speichers befestigt werden. Der Speicherraum kann
auch in Abwandlung nicht stufenweise, sondern durch ununterbrochenes Auslaugen gebildet
werden. Dabei wird der äußere Rohrstrang (Einlaßstrang) allmählich in dem Bohrloch
abgesenkt. Die Geschwindigkeiten des Lösens und des Absenkens und, wie vorher erwähnt,
die relative Stellung der Einlaß- und Auslaßrohrleitung bestimmen die seitliche
Abmessung des durch das Auslaugen hergestellten Hohlraumes, wobei größere Hohlräume
gebildet werden, wenn die Einführung des Lösungsmittels schneller geschieht und
wenn der Rohrstrang sich langsamer bewegt. Da der äußere Rohrstrang allmählich abwärts
bewegt wird, kann auch der innere Rohrstrang etwa mit der gleichen Geschwindigkeit
abgesenkt werden, und die mit dem Lösungsmittel nicht mischbare Dichtungsflüssigkeit
wird in das Bohrloch mit einer solchen Geschwindigkeit gepumpt, daß die Grenzfläche
zwischen der Dichtungsflüssigkeit und dem auslaugenden Lösungsmittel mit etwa der
gleichen Geschwindigkeit wie das Rohr niedersinkt. Es ist notwendig, daß die untere
Öffnung des äußeren Rohres jederzeit unterhalb der genannten Grenzfläche liegt.
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Die Öldichtung kann aus einem Kohlenwasserstoff bestehen, der in
dem Speicherraum gelagert werden soll, so daß ein Auspumpen der Dichtungsflüssigkeit
nach der Bildung des Speicherraumes nicht erforderlich ist.
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PATENTANSPROCHE: 1. Verfahren zur Herstellung von unterirdischen
Speicherräumen in Formationen durch Auflösen des Gesteins, insbesondere in Steinsalzformationen,
mittels Wasser von einem Bohrloch aus mit einzementierter Verrohrung, innerhalb
welcher zwei Rohrstränge so tief in das Bohrloch eingebracht werden, daß der eine
ein erhebliches Stück unterhalb des unteren Endes der Verrohrung und der andere
tiefer als der erste mündet, unter Ver-
wendung einer in das Bohrloch eingespannten,
die Decke des Hohlraumes gegen den Angriff des Lösungsmittels abdichtenden Flüssigkeit,
die leichter als das Lösungsmittel und mit dieser nicht mischbar ist, dadurdi gekennzeichnet,
daß nach einem Zeitraum, währenddessen durch den Lösevorgang ein Hohlraum von bestimmtem
Fassungsvermögen und den ungefähren gewünschten seitlichen Abmessungen gebildet
ist, weitere diesen Hohlraum füllende Dichtungsflüssigkeit in das Bohrloch eingeführt
wird, die somit die Abdichtung weiter nach unten hin ausdehnt, worauf die Rohrstränge
in dem Bohrloch weiter abgesenkt werden und der Lösungsvorgang in einer darunterliegenden
Gesteinspartie wiederholt wird, bis ein tiefer liegender Hohlraumteil von gewünschtem
Fassungsvermögen und ungefähren seitlichen Abmessungen hergestellt ist, usf., so
daß eine stufenweise Auslaugung des Gesteins von oben nach unten erfolgt, bis der
ganze Speicherraum mit der vorgesehenen seitlichen und Tiefenabmessung fertig ist.